[논문 리뷰] BlockLot: Blockchain based Verifiable Lottery

Yongrae Jo, Chanik Park|arXiv (Cornell University)|2019. 12. 02.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 4인용 수 8

한 줄 요약

BlockLot은 블록체인 기반의 검증 가능한 로또 시스템으로, 비트코인의 블록 해시를 암호학적으로 안전하고 예측할 수 없는 난수 시드로 활용하여 공정성, 투명성, 변하지 않음, 검증 가능성 등을 보장한다. Hyperledger Fabric 기반으로 구축되어 스마트 계약을 통해 로또 이벤트, 참가자 구독, 당첨 추첨을 관리하며, 모든 데이터는 분산 레거시에 변하지 않게 기록되어 결과의 공개 검증을 가능하게 하고 중앙 집중식 조직자에 대한 신뢰 의존도를 줄인다.

ABSTRACT

We propose BlockLot, a blockchain based verifiable lottery. BlockLot provides transparent, immutable, fair, and verifiable lottery services enhanced by recent blockchain technologies such as append-only (replicated) distributed ledger and smart contract. In addition, BlockLot allows all participants to perform various verification to ensure that the system is actually working as expected. We implement BlockLot services which includes open, query, subscribe, and draw in smart contracts. We also develop webbased user interface for using the lottery services provided by BlockLot. The web interface allows the user to verify the lottery as well.

연구 동기 및 목표

• 중앙 집중식 로또 시스템의 신뢰 부족과 투명성 부족 문제를 해결하기 위해, 조직자나 특권 접근 권한을 가진 공격자에 의해 조작될 수 있는 위험성을 제거한다.
• 블록체인 기술을 통해 공정성, 변하지 않음, 검증 가능성을 보장하는 탈중앙화된 로또 시스템을 설계한다.
• 참가자와 조직자가 공개적으로 이용 가능한 블록체인 데이터를 통해 로또 결과의 정확성을 독립적으로 검증할 수 있도록 한다.
• 허가된 블록체인과 스마트 계약을 활용한 실용적이고 기업용으로 활용 가능한 검증 가능한 로또 시스템을 제공한다.
• 암호학적 책임을 통해 사기성 로또 관행으로 인한 사회적 및 경제적 비용을 감소시킨다.

제안 방법

• 당첨자 선정을 위해 비트코인의 블록 해시를 암호학적으로 안전하고 예측할 수 없는 난수 시드로 활용하여 공정성을 보장한다.
• 로또 이벤트와 참가자 데이터의 무결성과 복제된 레거시를 유지하기 위해 허가된 블록체인(Hyperledger Fabric)을 구현한다.
• Go 언어로 작성된 스마트 계약(체인코드)을 구현하여 핵심 로또 운영 기능을 관리한다: 개설, 질의, 구독, 추첨, 확인, 검증.
• 로또 등록 시점의 대상 블록 해시를 확보하기 위해 비트코인 블록체인 API를 통합하여 난수의 공개 검증 가능성을 확보한다.
• 구독 시 참가자에게 고유한 인증 토큰을 부여하며, 이는 검증 과정에서 당첨 상태를 입증하는 데 사용된다.
• 이벤트 조직자가 로또를 등록하고 참가자가 구독, 질의, 결과 검증을 수행할 수 있는 웹 기반 인터페이스를 제공한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 블록체인 기반 시스템이 검증 가능한 공정성과 변하지 않음을 보장함으로써 중앙 집중식 로또 조직자에 대한 신뢰를 제거할 수 있는가?
• RQ2 외부 블록체인(예: 비트코인)에서 공개적이고 예측 불가능한 난수 시드를 신뢰성 있게 확보할 수 있는가? 이를 통해 로또 결과의 공정성을 보장할 수 있는가?
• RQ3 허가된 블록체인 상의 스마트 계약이 로또 운영의 투명성과 변하지 않음을 어느 정도 강제할 수 있는가?
• RQ4 신뢰할 수 있는 제3자에 의존하지 않고도 참가자가 당첨 선정의 정확성을 독립적으로 검증할 수 있는가?
• RQ5 공개 블록체인을 인증된 로또 시스템의 난수 비콘으로 사용할 때의 실용적 한계는 무엇인가?

주요 결과

• BlockLot은 모든 로또 이벤트, 참가자 목록, 결과가 Hyperledger Fabric 블록체인에 변하지 않게 기록된 검증 가능한 로또 시스템을 성공적으로 구현하였다.
• 비트코인 블록 해시를 난수 시드로 사용함으로써 암호학적으로 안전하고 예측 불가능하며 공개적으로 검증 가능한 공정성이 보장된다.
• 모든 로또 운영—개설, 구독, 추첨, 검증—은 스마트 계약을 통해 강제되어 단일 신뢰 기관에 의존하지 않는다.
• 참가자는 블록체인의 공개 레거시와 구독 시 발급된 인증 토큰을 사용하여 당첨 선정의 정확성을 독립적으로 검증할 수 있다.
• GitHub에 공개된 완전 기능의 구현체와 웹 기반 인터페이스를 통해 실용적 구현 가능성을 입증하였다.
• 비트코인 API 응답 지연 등의 한계가 존재하지만, 시스템은 과거에 더 먼 대상 블록을 선택하여 예측 가능성 위험을 최소화한다.